Da asporto chiave
- Rendere pratici computer quantistici potrebbe dipendere dalla ricerca di modi migliori per utilizzare materiali superconduttori che non hanno resistenza elettrica.
- I ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory hanno scoperto un metodo per trovare elettroni collegati con estrema precisione.
- I computer quantistici superconduttori attualmente battono le tecnologie rivali in termini di dimensioni del processore.
I pratici computer quantistici potrebbero presto arrivare con profonde implicazioni per qualsiasi cosa, dalla scoperta di farmaci alla decifrazione di codici.
In un passo verso la costruzione di macchine quantistiche migliori, i ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory hanno recentemente misurato la corrente elettrica tra una punta metallica atomicamente affilata e un superconduttore. Questo nuovo metodo può trovare elettroni collegati con estrema precisione in una mossa che potrebbe aiutare a rilevare nuovi tipi di superconduttori, che non hanno resistenza elettrica.
"I circuiti superconduttori sono l'attuale capofila per la costruzione di bit quantistici (qubit) e porte quantistiche nell'hardware", ha detto a Lifewire Toby Cubitt, il direttore di Phasecraft, una società che costruisce algoritmi per applicazioni quantistiche colloquio. "I qubit superconduttori sono circuiti elettrici a stato solido, che possono essere progettati con elevata precisione e flessibilità."
Azione spettrale
I computer quantistici sfruttano il fatto che gli elettroni possono s altare da un sistema all' altro attraverso lo spazio usando le misteriose proprietà della fisica quantistica. Se un elettrone si accoppia con un altro elettrone proprio nel punto in cui metallo e superconduttore si incontrano, potrebbe formare quella che viene chiamata una coppia di Cooper. Il superconduttore rilascia anche un altro tipo di particella nel metallo, noto come riflesso di Andreev. I ricercatori hanno cercato queste riflessioni di Andreev per rilevare le coppie di Cooper.
Università di A alto / Jose Lado
Gli scienziati di Oak Ridge hanno misurato la corrente elettrica tra una punta metallica atomicamente affilata e un superconduttore. Questo approccio consente loro di rilevare la quantità di riflessione Andreev che ritorna al superconduttore.
Questa tecnica stabilisce una nuova metodologia fondamentale per comprendere la struttura quantistica interna di tipi esotici di superconduttori noti come superconduttori non convenzionali, consentendoci potenzialmente di affrontare una varietà di problemi aperti nei materiali quantistici, Jose Lado, assistente professore presso L'Università di A alto, che ha fornito supporto teorico alla ricerca, ha affermato in un comunicato stampa.
Igor Zacharov, ricercatore senior presso il Quantum Information Processing Laboratory, Skoltech a Mosca, ha detto a Lifewire via e-mail che un superconduttore è uno stato della materia in cui gli elettroni non perdono energia diffondendosi sui nuclei durante la conduzione del la corrente elettrica e la corrente elettrica possono fluire senza sosta.
"Mentre gli elettroni oi nuclei hanno stati quantistici che possono essere sfruttati per il calcolo, la corrente superconduttiva si comporta come un'unità quantistica macro con proprietà quantistiche", ha aggiunto. "Pertanto, recuperiamo la situazione in cui un macro stato della materia può essere utilizzato per organizzare l'elaborazione delle informazioni mentre ha manifestamente effetti quantistici che possono dargli un vantaggio computazionale."
Una delle maggiori sfide dell'informatica quantistica oggi riguarda il modo in cui possiamo migliorare le prestazioni dei superconduttori.
Il futuro dei superconduttori
I computer quantistici superconduttori attualmente battono le tecnologie rivali in termini di dimensioni del processore, ha affermato Cubitt. Google ha dimostrato la cosiddetta "supremazia quantistica" su un dispositivo superconduttore da 53 qubit nel 2019. IBM ha recentemente lanciato un computer quantistico con 127 qubit superconduttori e Rigetti ha annunciato un chip superconduttore da 80 qubit.
"Tutte le aziende di hardware quantistico hanno tabelle di marcia ambiziose per scalare i propri computer nel prossimo futuro", ha aggiunto Cubitt. "Ciò è stato guidato da una serie di progressi nell'ingegneria, che hanno consentito lo sviluppo di design e ottimizzazione dei qubit più sofisticati. La sfida più grande per questa particolare tecnologia è il miglioramento della qualità dei gate, ovvero il miglioramento della precisione con cui il processore può manipolare le informazioni ed eseguire un calcolo."
Superconduttori migliori possono essere la chiave per realizzare computer quantistici pratici. Michael Biercuk, CEO della società di informatica quantistica Q-CTRL, ha affermato in un'intervista via e-mail che la maggior parte degli attuali sistemi di calcolo quantistico utilizza leghe di niobio e alluminio, in cui la superconduttività è stata scoperta negli anni '50 e '60.
"Una delle maggiori sfide dell'informatica quantistica oggi riguarda il modo in cui possiamo migliorare le prestazioni dei superconduttori", ha aggiunto Biercuk. "Ad esempio, le impurità nella composizione chimica o nella struttura dei metalli depositati possono causare fonti di rumore e degrado delle prestazioni nei computer quantistici, portando a processi noti come decoerenza in cui si perde la 'quantità' del sistema."
Il calcolo quantistico richiede un delicato equilibrio tra la qualità di un qubit e il numero di qubit, ha spiegato Zacharov. Ogni volta che un qubit interagisce con l'ambiente, ad esempio ricevendo segnali per la "programmazione", potrebbe perdere il suo stato entangled.
"Anche se vediamo piccoli progressi in ciascuna delle direzioni tecnologiche indicate, combinarli in un buon dispositivo funzionante è ancora sfuggente", ha aggiunto.
Il 'Santo Graal' dell'informatica quantistica è un dispositivo con centinaia di qubit e bassi tassi di errore. Gli scienziati non sono d'accordo su come raggiungere questo obiettivo, ma una possibile risposta è usare i superconduttori.
"Il numero crescente di qubit in un dispositivo superconduttore al silicio sottolinea la necessità di gigantesche macchine di raffreddamento in grado di pilotare grandi volumi operativi vicini allo zero assoluto", ha affermato Zacharov.
